水压-远古的水生鳄鱼进化而来,为避免冰冻而变大

时间:2020-04-26 15:12 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

水压-远古的水生鳄鱼进化而来,为避免冰冻而变大

近2亿年前,一些鳄鱼目动物的祖先在进化过程中跳入水中,彻底抛弃陆地,这通常被认为是选择了自由:不受地心引力、不受领土边界、不受饮食限制。

他们认为,从每平方英寸几磅的意义上讲,水可能会造成更大的压力,但也可能会减轻一些压力——尤其是那种阻止鳄鱼长到10码的那种压力。如果他们想要享用相当大的战利品,水似乎是最简单的方法。

内布拉斯加大学林肯分校威尔·吉尔蒂(Will Gearty)最近做了一项研究,他编纂了一个可追溯到三叠纪时期的264个物种的数据库,他说,自由实际上是一种伪装的强迫。

在分析了鳄鱼类物种的数据库后,发现水生鳄鱼的平均体重确实很容易超过半水生和内陆的同类,有时超过100倍。

但研究表明,这种差异是对自然选择压力的反应,而不是释放。与一些长期存在的理论所预测的扩大鳄鱼体型的范围不同,入水反而似乎通过提高生存所需的最小尺寸阈值来压缩这一范围。相比之下,这些水生物种的最大体积几乎没有随时间变化。

当吉尔蒂推导出一组方程来估计在水生、半水生和陆生条件下最大的可行体型时,情况又会如何呢?

他说:“这三个栖息地的面积上限大致相同。”“所以即使你看起来好像从这种压力中解脱出来了,实际上你被挤到了一个比以前更小的盒子里。”

两个主要的因素——肺活量和体温——似乎有助于启动挤压游戏。先前的研究表明,水生鳄鱼体型变大的部分原因是它们需要潜入水中寻找食物,其中包括可以维持较大体型的猎物。然而,通过对文献的深入研究,吉尔蒂发现肺容积的增长或多或少与身体的大小是同步的。

“所以你实际上没有多余的肺容积,”吉尔蒂说,他是生物科学的博士后研究员。“当你变得更大的时候,(肺活量)基本上是随着你的身体尺寸增加来适应额外的尺寸。你可以在水下待的时间会增加一点,但不会太多。”

他说,在体型较大的情况下,在更长、更深的潜水时间的好处和寻找更多食物的能量需求之间的进化权衡可能也会陷入僵局,这有助于巩固体型在水中的上限。

至于楼上呢?吉尔蒂说,这就是水的热传导性加速进化热的地方。不幸的是,对于水生鳄鱼来说,水的吸热速度远远快于空气。这一问题很可能因为他们居住的水域的温度低于居住在陆地上的同类的温度而变得更加复杂。

这样一来,体型较小的水生鳄鱼就只有糟糕的选择了:限制它们潜水的时间和深度,这样它们就可以经常回到水面,在阳光下取暖,或者冒着在更深的地方寻找食物时被冻死的风险。无论是由于饥饿还是体温过低,这两种情况最终都会导致死亡。

吉尔蒂说:“最简单的方法就是变大。”

变大是特别有吸引力的,因为身体组织的体积,产生热量,增加的速度比皮肤的表面积要快。但是热量损失的不可原谅的后果仍然限制了水生鳄鱼祖先的进化。

吉尔蒂说:“他们实际上需要从更大的尺寸开始。”“所以它不像海洋鳄鱼可以从任何地方进化而来。它必须是从某种已经比正常体型稍大的非海洋鳄鱼进化而来的。”

吉尔蒂说:“通过这些生理方程式,我们能够准确地解释为什么在一定的尺寸范围内没有海洋鳄鱼。”“这表明,这些非常基本的生理约束和控制……实际上,这可能是推动动物长到不同体型的最强大的力量之一。不在于是否有小行星撞击地球,也不在于你是否被其他动物猎杀——正是我们所生活的这个世界的物理和化学特性导致了这一切。如果你想进入一个新的栖息地,你需要符合那套新的属性。”

这些发现在很大程度上印证了2018年吉尔蒂领导的一项研究,该研究在近7000种现存和灭绝的哺乳动物物种中发现了类似的趋势。不过,哺乳动物和爬行动物之间的一个基本区别,最初让人们对这个结论产生了怀疑。

吉尔蒂说:“整个海洋哺乳动物项目的前提是这些动物是温血动物,它们必须保持体温。”“他们真的需要担心热量的流失。所以我们的想法是,‘那么,同样的限制会发生在同样生活在海洋中的冷血生物身上吗?’

“有几篇论文表明,这些海洋鳄鱼可能是某种温血动物,所以它们可能能够重新加热自己的身体。但即使是这样,它们也会像这些海洋哺乳动物一样失去热量。他们仍然受到温度调节控制的限制。”

灰和海豚

在斯坦福大学一名本科生的帮助和美国国家科学基金会(National Science Foundation)的资助下,吉尔蒂在2017年夏天的大部分时间里都在追踪化石记录,这些记录为这项新研究提供了信息。

“但那是为了找到网上现成的东西,”他说。“然后你就有了,你知道,你需要找到的无证书籍,它们必须从欧洲或其他地方运来。所以有很多这样的一次性事件。直到去年年中我提交论文之前,我还一直在测量样本照片并获取记录。”

吉尔蒂说,他基本上节省了去博物馆和亲自测量化石尺寸的时间和费用,就像他的一些同事以自己研究的名义所做的那样。但是一些旧的分类和文档的随意性仍然让他跟随错误的线索,试图理解那些不合理的东西。

他说:“人们在报纸上描述的很多鳄鱼实际上并没有按照它们应该的样子被记录下来。”“有人可能会说,‘这是内布拉斯加鳄鱼。这只是一个口语化的名字。你会说,‘我想我得去找内布拉斯加州的鳄鱼了。“你看看这个,你会看到这条来自内布拉斯加州的鳄鱼,还有这条,还有这条。你不知道哪一条是“内布拉斯加鳄鱼”。

“有时候,你需要沿着面包屑的轨迹去寻找这些可能曾经发表过,也可能从来没有发表过的关于这些鳄鱼的论文,也可能从来没有被发现过。幸运的是,我能够从文献中获得大部分标本。但挖了很多洞才找到最后10%的鳄鱼。”

特别是许多陆地上的化石,它们的体型几乎不像现代鳄鱼的低腰侧影。

吉尔蒂说:“我喜欢举的例子是:想象一只灰狗,然后把一个鳄鱼头骨放在上面。”“大约2亿年前,类似的东西在陆地上四处游荡。”

吉尔蒂发现,尽管海洋物种的最大体型几乎保持不变,但它们的进化速度确实是半水生和陆生物种的两到三倍。随着小型水生物种体型的增大,自然选择塑造了身体形态,以克服水带来的挑战。鳞片、鳞片和其他增加皮肤阻力的沉积物消失了。头和尾巴平展。鼻子缩小。

他说:“所有这些动物可能都比现代的鳄鱼更像海豚,尾巴更长更细。”“有些动物的脚很像船桨,几乎像鳍。”

吉尔蒂说,尽管几乎所有的现代鳄鱼都是半水生动物,但这些适应能力对水生鳄鱼的生存还是很有帮助的,这比哺乳动物到深海探险早了1亿多年。

他说:“没有人谈论过这件事,但实际上,这些事情都非常成功。”有些人甚至没有被一些大的(灾难性的)事件吓到。当小行星撞击地球杀死所有的恐龙时,其中一个海洋生物群落就像什么都没发生过一样。很多陆生物种都灭绝了,但这个群体在很长一段时间里一直在存活。”

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